Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1986 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измерительных системах и является усовершенствованием известного преобразователя, описанного в авт.св. № 982191.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений в характерных точках АЦП, поясняющие работу преобразователя в режиме Измерение и иллюстрирующие влияние как внутреннего низкочастотного шума АЦП, так и внешнего по отношению к ключу j на фиг. 3 - временные диаграм14Ы работы АЦП с введенной дополнительной схемой компенсации в режиме Авто- на фиг. 4 - пример реализации формирователя импульсов,, предназначенного для выработки короткого импульса в момент окончания сигнала управления ключами 1 и 21.

Схема интегрирующего АДП (фиг. 1) содержит ключи 1-4, интегратор 5, компаратор 6, ключ 7, реверсивные счетчики 8 и 9, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 10 и 11, резисторы 12-14, шину 15 измеряемого напряжения , шины 16 и 17 положительного и отрицательного образцовых напряжений, общую шину 18, управляющий автомат 19, узел 20 определения знака математического ожидания, дополни- тельньм ключ 21, элемент И 22, формирователь 23 импульсов, переключатель 24, шину 25 логической единицы и шину 26 логического нуля, дополни- тельньй резистор 27, управляющий вход 28 реверсивного счетчика 8.

На фиг. 2 и 3 обозначено: Упр.1, Упр. 3, Упр. 4, Упр. 7 - сагналы управления соответственно ключами 1, 3, 4, 7;Упр. 28 - сигнал на входе 28 реверсивного счетчика 8; Инт. - напряжение на выходе интегратора 5 при некотором положительном измеряемом напряжении на входе АЦП; 29 - напряжение на выходе интегратора 5 при отсутствии как внутренних; так и внешних низкочастотных шумов; 30 - напряжение на выходе интегратора 5, отражающее влияние внутреннего низкочастотного шума; 31 -- напряжение на выходе интегратора 5 при

6

наличии как внутренних, так и внешних низкочастотных шумов; Упр. 21 - сигнал управления, ключом 21; Упр, 32 - сигнал на счетном входе 32 второго реверсивного счетчика 19; Инт. -- напряжение на выходе интегратора 5 в режиме Автонуль.

На фиг. 4 представлена схема формирователя импульсов 23, содержаще- го элементы ИЛИ-НЕ 33-34, конденсатор 35, емкость которого определяется требуемой длительностью выходного импульса, входным сопротивлением элемента 34 и выходным сопротивлением элемента 33.

Устройство работает следующим обра- 3 ом,

В обьгчном режиме (фиг. 2) переключатель 24 установлен в положение Измерение при этом в течение первого такта работы АДП ключи 1 и 21 замкнуты, все остальные ключи разомкнуты. Предположим, что напряжение на выходе ЦАП 11 равно нулю. При этом производится интегрирование суммы измеряемого напряжения, внутренних низкочастотных шумов ЦП и внешних по отношению к преобразователю низкочастотных шумов входной цепи. Во втором такте замкнут один из ключей 2 или 3 (в зависимости от полярности входного Напряжения), а все остальные ключи разомкнуты. При этом осуществляется разряд емкости интеграто ра 5 и через некоторое время его выходное напряжение становится равным нулю. Этот момент соответствует окончанию второго такта и фиксируется компаратором 6. Длительность второго такта пропорциональна сумме измеряемого напряжения и общей аддитивной погрешности и преобразуется в цифровую форму. В течение третьего такта ключи 4 и 7 замкнуты, остальные разомкнуты, при этом происходит установка начальных условий интегратора 5.

Один раз в несколько циклов измерения (на фиг.2 - после каждого) выделяется дополнительный интервал времени, необходимый для формирования сигнала компенсации внутреннего низкочастотного дрейфа нуля интегратора и называемьм в дальнейшем вспомогательным циклом. В течение первого такта вспомогательного цикла ключ 4 замкнут5остальные - разомкнуты, н,::т1ряжение дрейфа нуля интегратора 5 интегрируется и подается на вход

3

компаратора 6. Напряжение на выходе компаратора 6 при этом содержит информацию о разности значений дрейфа нуля усилителя интегратора и компенсирующего напряжения, формируемого на выходе ЦАП 10. Это напряжение поступает на вход узла 20 определения знака математического ожидания.

В конце первого такта вспомогательного цикла управлякнций автомат 19 опрашивает узел 20, выходной сигнал которого определяет направление счета реверсивного счетчика 8. .На счетный вход реверсивного счетчика 8 при этом поступает из управляющего автомата 19 импульс, который приводит к изменению содержимого счетчика 8 и, следовательно, к изменению выходного напряжения ЦАП 10 Это, в свою очередь,обеспечивает уменьшение разности напряжений внутреннего дрейфа нуля и компенсирующего сигнала, пропорционального напряжению ЦДЛ 10.

Второй такт вспомогательного цикла аналогичен второму такту цикла измерения. Затем циклы измерения и вспомогательные повторяются. За несколько вспомогательных циклов на выходе ЦАП 10 устанавлива- ется напряжение, необходимое для компенсации внутреннего дрейфа нуля преобразователя.

Перед началом каждой новой измерительной процедуры, или через оп- ределенньй промежутрк времени (например, один раз в 5 - 10 мин) по желнию оператора включается режим формирования сигнала компенсации внешних низкочастотных шумов переводом переключателя 24 в положение Автонуль и замыкаются зажимы входных проводников прибора. В этом режиме (фиг. 3) также чередуются циклы обычного аналого-цифрового преобразования суммы внутреннего и внешнего

1886

низкочастотных шумов и вспомогательные циклы формирования сигнала компенсации внутреннего шума. При этом на втором входе логического элемен5 та И 22 появляется сигнал разрешения прохождения импульсов с выхода формирователя 23 на вход второго реверсивного счетчика 9. В каждом основном цикле по окончании сигнала

0 управления ключом 1, на выходе формирователя 23 образуется короткий импульс, который поступает на вход элемента И 22 и затем на вход 32 реверсивного счетчика 9. Содержимое

5 счетчика 9 увеличивается или уменьшается на единицу в зависимости от сигнала с выхода узла 20 определения знака математического ожидания, задающего направление счета. Изменение

20 состояния реверсивного счетчика 9 приводит к такому изменению напряжения на выходе ЦАП 11, которое соответствует уменьшению разности напряжения внешних шумов входной цепи и

5 компенсирующего напряжения, образованного вторым ЦАП 11.

Таким образом, в положении Автонуль переключателя 24 и замкнутых зажимах входных проводников за несколько циклов преобразования на выходе ЦАП 11 устанавливается напряжение компенсации внешних низкочастотных шумов входной цепи преобразователя. Поступая в режиме Измерение в первом такте на вход интегратора 5

5 через ключ 21 и резистор 27, компенсирующее напряжение позволяет уменьшить влияние внешнего низкочастотного шума входной цепи АЦП и, следовательно, повысить точность преобразования.

О При наличии в измерительном приборе, в состав которого, входит данный АЦП, микро-ЭВМ функции реверсивных счетчиков 8 и 9, элемента 22, формирователя 23, управляющего автома45 та 19 может вьшолнять ЭВМ.

30

Выходной - itod

Фие.2

.J

Г

L

I

«.

.V

Составитель В.Солодова Редактор К.Волощук Техред М.Надь Корректор Л.Па

Заказ 651/61 Тираж 818 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

23

П

J5

I